为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能，以一款基于热电制冷(TEC)的单颗LED小型灯具模组为研究对象，在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上，建立了有无TEC参与散热的等效热路模型，并选择合理的数学公式对其进行性能描述，进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下，施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能；LED热功率越低，安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大，能满足LED更高功率的散热需求；当LED为0.493 W时，优化后结构的最佳结温仅为15.66 ℃，远低于30 ℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型，能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。

为考察装配板状肋片散热器的多角度照射型LED灯的自然对流散热性能的方向效应, 以一款LED投光灯的关键散热结构为研究对象, 采用实验测量法验证数值模拟的计算精度, 并将数值模拟的温度和流体数据用于分析3种驱动电流和7个出光倾角下最大温升和温度均匀性的散热机制。结果表明: 不同倾角下的散热器肋间风道内的流速分布的较大差异, 是导致最大温升和温度均匀性变化的根本原因; 最高温度点的上、下游流速的差值可用于定量解释温度均匀性的变化规律。不同倾角下肋片间距对最大温升的影响趋势表明: 最佳间距附近的散热器性能对倾角的敏感度最高, 散热能力的方向效应不容忽视。

提出了一种在第三类边界条件下，根据LED灯瞬态温度场的变化规律，通过对其表面温度的实际数值测定来推算LED灯表面对流换热系数的快速测定方法。基于对流热平衡理论，设计了一种可以在较高表面换热强度条件下进行测试的装置，通过实验测定LED灯上下表面的温度，结合曲线拟合对实测数据进行数理分析，得到较宽范围内的表面对流换热系数。实验结果表明:该测试方法简单、实用，测试时间较短(实验准备与数据测定大约需要30 min)，测试精度较高(数据拟合误差不高于0.2%)，可靠性强，可以用于工程热设计等多种相关发热体表面对流换热系数的测定。